CN100372212C - 具多段电压输出的电源储存装置 - Google Patents

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Abstract

一种具多段电压输出的电源储存装置，可提供多种电压给不同规格的电源电子装置使用，包括有：第一开关单元、第二开关单元分别连接于该电源电子装置；电压档位调整单元，输出一电压选择档位作为多段电压输出的选择设定；处理单元，连接于该第一开关单元、该第二开关单元及该电压档位调整单元，接收一直流电力与该电压选择档位，经比对运算后用以控制该第一开关单元与该第二开关单元的切换；充电电路，取得该直流电力，用以对电池单元进行充电；及电压转换单元，连接于该处理单元、该电池单元及该第二开关单元，受控于该处理单元，用以转换该电池单元的电力经该第二开关单元到该电源电子装置。

Description

具多段电压输出的电源储存装置
技术领域
本发明涉及一种具多段电压输出的电源储存装置，尤其涉及一种可以提供多种电压给不同规格的电源电子装置使用的电源储存装置。
背景技术
自从全球计算机化推展以来，高科技以日新月异的速度不断的将计算机设备往高功能与小型化发展，尤其是个人计算机，更以惊人的表现拉进了人机间的距离。例如，手提电脑、笔记型计算机、掌上型计算机等，有鉴于小型的计算机往往需要在无市电交流电源的场所使用，便利用干电池或充电电池作为替代电源，很明显的笔记型计算机中大量使用了充电电池，因为它有很高的重复使用率。
然而，请参考图1，为现有计算机外设外观示意图。使用上，计算机10内部电源供应透过一充电电池(未标示)，该充电电池需透过一电源转换器20连接到市电端30，取得外部电力进而予以充电以提供计算机10使用。
配合图1，请参考图2，为现有计算机充电系统方块示意图。在现有充电系统中，利用电源转换器20将市电的交流电源转换成为系统所需的直流电源。微处理器104连接于电源转换器20与充电电池108，用以检测充电电池108的电能状况，充电电池108的电能若低于一电能底限值，则微处理器104传送一充电致能讯号给连接于微处理器104与充电电池108间的充电电路106。同时，充电电路106依据直流电源的供应，对充电电池108进行充电动作。充电电池的电能到达一电能高限值时，微处理器104检测到充电电池108的电能状况，便送出一充电除能讯号给充电电路106，使得充电电路106停止对充电电池108的充电动作。
上述说明中，由于市面上计算机所使用的电压规格不尽相同，因此，在计算机内部充电电池的充电上，需搭配相同电压规格的电源转换器才能达成有效的充电，在使用上缺乏弹性。同时，计算机内部充电电池其电容量有限，若于无交流市电供应转换充电的环境中，充电电池的电力会很快的耗尽，进而使得计算机的工作停止，在使用上缺乏安全性及稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明使用一种具多段电压输出的电源储存装置，用来提供多种电压给不同规格的电源电子装置的使用，同时更可于无市电供应环境中，以辅助电子装置内部的充电电池提供电力给电子装置使用。
本发明一实施例，是连接于电源转换器及电源电子装置，用以接收一直流电力并进行输出多段直流电压到该电源电子装置，包括有：一第一开关单元，连接于该电源电子装置；一第二开关单元，连接于该电源电子装置；一电压档位调整单元，输出一电压选择档位，作为多段电压输出的选择设定；一处理单元，连接于该第一开关单元、该第二开关单元及该电压档位调整单元，接收该直流电力与该电压选择档位，经比对运算后用以控制该第一开关单元与该第二开关单元的切换；一充电电路，取得该直流电力，用以对一电池单元进行充电；及一电压转换单元，连接于该处理单元、该电池单元及该第二开关单元，受控于该处理单元，用以转换该电池单元的电力经该第二开关单元到该电源电子装置。
本发明另一种实施例，是接收一直流电力并进行输出多段直流电压到一电源电子装置，包括有：一第一开关单元，连接于该电源电子装置；一第二开关单元，连接于该电源电子装置；一电压档位调整单元，输出一电压选择档位，作为多段电压输出的选择设定；及一处理单元，连接于该第一开关单元、该第二开关单元及该电压档位调整单元，接收该直流电力与该电压选择档位，经比对运算后用以控制该第一开关单元与该第二开关单元的切换；一电压转换单元，连接于该处理单元、该第二开关单元及一电池单元，受控于该处理单元，用以转换该电池单元的电力经该第二开关单元到该电源电子装置。
现请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为现有计算机外设外观示意图；
图2为现有计算机充电系统方块示意图；
图3为本发明工作系统架构图；
图4为本发明电路方块示意图；及
图5为本发明电路示意图。
图号说明：
现有：
10计算机
104微处理器
106充电电路
108充电电池
20电源转换器
30市电端
本发明：
40电源电子装置
50电源转换器
60电源储存装置
601第一开关单元
602第二开关单元
603处理单元
604电压档位调整单元
605电池单元
606电池管理单元
607电压转换单元
608充电电路
609短路保护及回复单元
具体实施方式
请参考图3，为本发明工作系统架构图。本发明具多段电压输出的电源储存装置60连接于一电源转换器50及一电源电子装置40之间，透过电源转换器50接收从市电70转换过来的直流电力，同时经过内部电路的工作运算可提供多种电压给不同规格的电源电子装置40使用。
请参考图4为本发明电路方块示意图。本发明连接于一电源转换器50及一电源电子装置40之间，接收直流电力并进行输出多段直流电压到该电源电子装置40，其电路组成有一第一开关单元601，连接于该电源电子装置40与该电源转换器50；一第二开关单元602，连接于该电源电子装置40；一电压档位调整单元604，输出一电压选择档位，作为多段电压输出的选择设定；一处理单元603，连接于该第一开关单元601、该第二开关单元602及该电压档位调整单元604，接收该直流电力与该电压选择档位，经比对运算后用以控制该第一开关单元601与该第二开关单元602的切换；一充电电路608，取得该直流电力，用以对一电池单元605进行充电；及一电压转换单元607，连接于该处理单元603、该电池单元605及该第二开关单元602，受控于该处理单元603，用以转换该电池单元605的电力经该第二开关单元602到该电源电子装置40。
请继续参考图4，本发明更进一步具有一电池管理单元606，连接于该处理单元603与该电池单元605，取得电池单元605的状态数据并将其传送给该处理单元603。其中该电池管理单元606可根据该电压档位调整单元604输出电压档位的不同，用以限制负载电流输出以达到电源电子装置40的输出动态过载保护功能。其中输出动态过载保护功能是透过该处理单元603执行程序读取该电池单元605的电压值作为运算，用以变动电流限制来达成的。本发明更进一步包括有一短路保护及回复单元609，连接于该第一开关单元601与该第二开关单元602，作为本发明输出电压的短路保护及工作回复。
配合图4，请参考图5为本发明电路示意图。其中本发明使用的处理单元603(PSOC芯片)透过两个分压电阻R7、R8连接到电源转换器50，藉由分压原理用以撷取电源转换器50输出的直流电力。直流电力的电压准位经处理单元603(PSOC芯片)判读后再与电压档位调整单元604输出的电压选择档位，于处理单元603中进行比对运算。上述中，如果对比相符合，则处理单元603输出端SW_ACIN输出讯号用以控制第一开关单元601中的MOSFET开关Q11及MOSFET开关Q12打开(ON)。此时，直流电力可以提供充电电路608对电池单元605进行充电，亦同时可提供电力到输出端V_FINALOUT以提供给该电源电子装置40使用，进而达到本发明装置可以同时进行充电及供应电力到该电源电子装置40的功能。
上述说明中，如果直流电力的电压准位与电压档位调整单元604输出的电压选择档位比对结果不符合，则处理单元603输出端SW_ACIN输出讯号用以控制第一开关单元601中的MOSFET开关Q11及MOSFET开关Q12关闭(OFF)，此时，本发明装置的充电电路608只能藉由直流电力对电池单元605进行充电，而不会把不正确的电压输出到该电源电子装置40以达到保护的功用。
请继续参考图5，例如电源转换器50输出的直流电力为15V的电压经过R7、R8分压后将电压准位传到处理单元603并与电压档位调整单元604输出的电压选择档位比对，此时，如果处理单元603所读到的电压选择档位同样是设在15V，则处理单元603输出端SW_ACIN输出讯号用以控制第一开关单元601中的MOSFET开关Q11及MOSFET开关Q12打开(ON)，同时电源转换器50输出的直流电力便会透过输出端V_FINALOUT以提供电源电子装置40使用，反之，则处理单元603输出端SW_ACIN不动作导致MOSFET开关Q11及MOSFET开关Q12关闭(OFF)，此时，本发明装置只能藉由直流电力对电池单元605进行充电，而不会把不正确的电压输出到该电源电子装置40以达到保护的功用。
请继续参考图5，当电源转换器50输出的直流电力消失时，本发明装置由充电转为放电，此时处理单元603输出端SW_ACIN不动作，而输出端SW_VOUT输出讯号用以控制第二开关单元602中的MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8打开(ON)，此时，电池单元605会透过电压转换单元607再经过MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8用以输出相对的电压给该电源电子装置40。同时，处理单元603同样会根据所记忆的电压档位调整单元604输出的电压选择档位来与电压转换单元607输出的电压做比对，如果不符或者在放电过程中电压转换单元607的档位有所变动，则处理单元603会控制输出端SW_VOUT不动作，导致MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8关闭(OFF)，此时输出端V_FINALOUT无法提供电源电子装置40所需的电压。
上述说明中，若是将电压档位调整单元604的旋钮恢复到原先选择的档位，然后移除本发明装置与电源电子装置40间的讯号传输线再重新插入，此时处理单元603的电线侦测脚位会收到一重置信号，处理单元603将重做电压档位记忆的比对运算，符合则处理单元603会控制输出端SW_VOUT动作，用以控制MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8打开(ON)，以于输出端V_FINALOUT提供电源电子装置40所需的电压，若是不符合则MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8持续关闭(OFF)直到符合为止。
请再参考图5，本发明更具备有输出短路可自动回复的保护功能，此功能乃利用连接于第一开关单元601与第二开关单元602的短路保护及回复单元609完成，该短路保护及回复单元609由二极管D16组成。当输出短路时，输出端V_FINALOUT电压会降到低电位，此低电位会透过二极管D16的顺向导通将输出端SW_ACIN或SW_VOUT的电位也降到低电位，迫使MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8或MOSFET开关Q11及MOSFET开关Q12关闭(OFF)而隔离本发明装置与电源电子装置40的连结，达到保护作用，防止零件烧毁。反之，当输出短路移除后，输出端SW_ACIN或SW_VOUT的电位会透过二极管D16的逆向阻隔功能而回复到正常准位，MOSFET开关Q7及MOSFET开关Q8或MOSFET开关Q11及MOSFET开关Q12又重新打开(ON)，本发明装置与电源电子装置40的连结回复又可正常使用。一般的短路保护均是利用保险丝，可达到保护功能但不能自动回复，而本应用完全透过硬件线路来达成且可自动回复。
请参考图5，本发明更具备输出过载保护功能，此功能乃根据电压档位调整单元604输出不同的电压选择档位，再透过装置从该电池管理单元606所提供的电流值来做禁制输出的功能。在固定输出功率不变条件下，当输出电压不同时输入电流的限制亦将随着需要而改变以达到动态过载保护的功能。
例如：依据能量不灭定律输出功率需等于输入功率，如式(1)
Pout＝Pin＝Vout*Iout＝Vin*Iin----------(1)
假设最大输出功率Pout限制设在100W，输出电压Vout＝24V，输出电流＝4.16A，输入电压Vin＝16V。
则Pout＝100W＝24V*4.16A＝16V*Iin
所以Iin＝6.25A即输入电流将被限制在6.25A
当Vin(电池电压)降到12V时
则100W＝24V*4.16A＝12V*Iin
所以Iin＝8.33A即输入电流的限制将自动切换为8.33A。
本发明提供此功能乃透过处理单元603执行程序用以透过电池管理单元606(BQ2060IC)读取电池单元605的电压值来做运算，并变动输入电流的限制来达成动态输出过载保护功能。
综上所述，本发明利用处理单元603来记忆判断外部的输入的电压与电压档位调整单元604输出不同的电压选择档位是否相等，如果相等，就可以让外部的电通过到电源电子装置40，并且对本发明装置做充电。如果不相等，则不允许输出到电源电子装置40，只能对本发明装置做充电。如果外部电源移除，则依据电压档位调整单元604所选择的旋钮做输出，但如果外部电源在输入的时候，曾经与旋钮不相等，则当外部电源移除的时候，也不允许本发明装置输出电源。
再者，电压档位调整单元604的旋钮选择之后，利用外接线的拔插，来做确认，才能够使本发明装置对外输出电，如果在输出的过程中，旋钮被转动，则停止输出，直到外接线重新被拔插。当旋钮选择到OFF，或者把外接线移除，则系统进入睡眠模式，以节省电能。
然而，以上所述，仅为本发明最佳之一的具体实施例的详细说明与图式，但本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求书为准，凡合于本发明权利要求书的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本发明的专利范围。

Claims (8)

1.一种具多段电压输出的电源储存装置，接收一直流电力并进行输出多段直流电压到一电源电子装置，包括有：
一第一开关单元，连接于该电源电子装置；
一第二开关单元，连接于该电源电子装置；
一电压档位调整单元，输出一电压选择档位，作为多段电压输出的选择设定；
一处理单元，连接于该第一开关单元、该第二开关单元及该电压档位调整单元，接收该直流电力与该电压选择档位，经比对运算后用以控制该第一开关单元与该第二开关单元的切换；及
一电压转换单元，连接于该处理单元、一电池单元及该第二开关单元，受控于该处理单元，用以转换该电池单元的电力经该第二开关单元到该电源电子装置。
2.如权利要求1所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，更进一步包括有一充电电路，取得该直流电力，用以对该电池单元进行充电。
3.如权利要求2所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，更进一步包括有一电池管理单元，连接于该处理单元与该电池单元，取得电池单元的状态数据并将其传送给该处理单元。
4.如权利要求3所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，该电池管理单元根据输出电压档位的不同，用以限制电流输出以达到装置的输出动态过载保护功能。
5.如权利要求4所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，输出动态过载保护功能是透过该处理单元执行程序读取该电池单元的电压值作为运算，用以变动电流限制来达成的。
6.如权利要求1所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，更进一步包括有一短路保护及回复单元，连接于该第一开关单元与该第二开关单元，作为输出电压的短路保护及工作回复。
7.如权利要求1所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，当该直流电力与该电压选择档位比对吻合时，该处理单元控制该第一开关单元导通，该第二开关单元截止，使得该直流电力透过该第一开关单元提供到该电源电子装置。
8.如权利要求1所述的具多段电压输出的电源储存装置，其特征在于，当该直流电力与该电压选择档位比对不吻合时，该处理单元控制该第一开关单元截止，该第二开关单元导通，同时控制该电压转换单元依据该电池单元提供电力到该电源电子装置。
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